如同我們自己的身體，細(xì)胞也有其自己的骨架稱為“細(xì)胞骨架（cytoskeletons）”，是由蛋白質(zhì)而不是骨骼構(gòu)成。這些網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可維持細(xì)胞的形狀，提供機械支撐，并參與細(xì)胞生活周期的關(guān)鍵過程。細(xì)胞骨架是科學(xué)和醫(yī)學(xué)熱點研究的對象，這些研究往往需要在細(xì)胞內(nèi)直接觀察它。理想情況下，將涉及到可結(jié)合高特異性細(xì)胞骨架蛋白、而對細(xì)胞沒有毒性的高熒光分子。2014年5月25日在《Nature Methods》發(fā)表的一項研究中，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPEL）的科學(xué)家們利用一種新熒光分子（也由EPEL開發(fā)）的特性，生成兩種強大的探針，以的分辨率對細(xì)胞骨架進(jìn)行成像。這些探針，為更容易和更高質(zhì)量的細(xì)胞成像鋪平了道路，也提供了許多科學(xué)和醫(yī)學(xué)的優(yōu)勢。
細(xì)胞骨架是細(xì)胞內(nèi)的一種大型結(jié)構(gòu)，為細(xì)胞提供了機械支撐，保持它們的三維形狀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使它們能夠移動和分裂。它由細(xì)胞內(nèi)的三個主要子結(jié)構(gòu)組成，這些子結(jié)構(gòu)由長的絲狀蛋白（微管蛋白和肌動蛋白）構(gòu)成。
當(dāng)前用于觀察細(xì)胞骨架的技術(shù)，很難進(jìn)入活細(xì)胞內(nèi)，而且可能是有毒的，通常在分辨率和時間上都有限制，因為信號會隨時間逐漸消逝。常用的一種技術(shù)是熒光顯微鏡，在這種技術(shù)中，熒光分子（“探針”）附著到細(xì)胞結(jié)構(gòu)上，然后 “點亮”，與黑色背景形成對照。
EPFL的Kai Johnsson研究小組，開發(fā)出全新的熒光探針，可以很容易地進(jìn)入活細(xì)胞，無毒且具有持久的信號，zui重要的是，可提供的圖像分辨率。在2013年，研究人員開發(fā)出一種稱為硅羅丹明（silicon-rhodamine，SiR）的熒光分子，只有當(dāng)它結(jié)合到一個蛋白質(zhì)（類似細(xì)胞骨架上發(fā)現(xiàn)的蛋白質(zhì)）的帶電表面時才會打開。當(dāng)SiR打開后，它會發(fā)出遠(yuǎn)紅外波長的光。
面臨的挑戰(zhàn)在于，如何使SiR特異性地結(jié)合細(xì)胞骨架的蛋白——肌動蛋白和微管蛋白。要做到這一點，科學(xué)家們將SiR分子和結(jié)合微管蛋白或肌動蛋白的化合物熔合。由此產(chǎn)生的混合分子包括一個SiR分子（提供熒光信號）和一種天然化合物（可以結(jié)合靶蛋白）。一種這樣的化合物是多烯*（docetaxel，結(jié)合微管蛋白的一種抗癌藥），和另一種jasplakinolide（可特異性結(jié)合細(xì)胞骨架的肌動蛋白）。這兩種化合物，在這里以很低、無毒的濃度使用，可以容易地通過細(xì)胞膜并進(jìn)入細(xì)胞本身。這種探針，稱為SiR-微管蛋白和SiR-肌動蛋白，被用來可視化人類皮膚細(xì)胞中的細(xì)胞骨架動態(tài)。因為探針的光信號是以遠(yuǎn)紅光發(fā)射，所以很容易將它從背景噪聲中分離出來，當(dāng)使用一種稱為超分辨率顯微鏡的技術(shù)時，會產(chǎn)生的高分辨率圖像。
另一個優(yōu)點是探針的實用性。Kai Johnsson稱：“你只要將它們直接添加到你培養(yǎng)的細(xì)胞中，它們就會被細(xì)胞接受。”該探針在使用之前也不需要任何洗滌或細(xì)胞預(yù)備，也不需要任何后續(xù)的洗滌步驟，這極大地幫助它們保持其環(huán)境和自然生物功能的穩(wěn)定性。
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科學(xué)家們相信，他們可以將此項工作拓展到其他類型的蛋白質(zhì)和組織中。Johnsson稱：“生物學(xué)家們一直都在影像細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)。到目前為止，沒有一種探針可以讓你不用某種遺傳學(xué)修飾，就能得到高質(zhì)量的活細(xì)胞內(nèi)微管和微絲圖像。在這項工作中，我們提供了兩種高性能、高對比度的熒光探針，可以光譜的非光毒性部分發(fā)射，甚至可用于全血樣品這樣的組織。”
